JP2008153323A - Laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Qスイッチを備えるレーザ発振器に関する。 The present invention relates to a laser oscillator including a Q switch.
Qスイッチ固体レーザ発振器においては、出射されるパルスレーザビームの立ち上がり時間はQスイッチの立ち上がり時間で決定され、立ち下がり時間は共振器におけるエネルギ損失により決定される。すなわち出射されるパルスレーザビームのパルス幅は、Qスイッチの立ち上がり時間と、共振器内部のエネルギ損失により決定される。 In the Q-switch solid-state laser oscillator, the rise time of the emitted pulsed laser beam is determined by the rise time of the Q switch, and the fall time is determined by energy loss in the resonator. That is, the pulse width of the emitted pulsed laser beam is determined by the rise time of the Q switch and the energy loss inside the resonator.
共振器内のエネルギ損失は制御できない要因によるものが多く、このためQスイッチ固体レーザ発振器から出射されるパルスレーザビームのパルス幅は、レーザ発振器相互間で個体差があるだけでなく、一台のレーザ発振器においても経年等により変化が生じ、たとえば経年により一般的にパルス幅は短くなる。 The energy loss in the resonator is often caused by factors that cannot be controlled. For this reason, the pulse width of the pulse laser beam emitted from the Q-switched solid-state laser oscillator has not only individual differences between the laser oscillators, but also a single unit. Even in the laser oscillator, a change occurs due to aging and the like, and for example, the pulse width generally decreases with aging.
パルスレーザビームのパルス幅が変化すると、加工品質も変化する。たとえばレーザアニールにおいては、パルス幅の変化は、被加工物の溶け込み深さや再結晶化に影響を与える。 When the pulse width of the pulse laser beam changes, the processing quality also changes. For example, in laser annealing, changes in pulse width affect the penetration depth and recrystallization of the workpiece.
このためパルス幅を一定に保つ技術が望まれている。 Therefore, a technique for keeping the pulse width constant is desired.
μs単位でのパルス幅のセッティングが達成できるQスイッチによるパルス幅調整固体レーザの発明が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。 An invention of a pulse width adjusting solid-state laser using a Q switch that can achieve setting of a pulse width in units of μs is disclosed (for example, see Patent Document 1).
また、ピーク出力、パルス幅、及びパルス発生周期が異なる2種類のパルスレーザビームを発生させるパルスレーザ発振器の発明の開示がある(たとえば、特許文献2参照)。 In addition, there is a disclosure of an invention of a pulse laser oscillator that generates two types of pulse laser beams having different peak outputs, pulse widths, and pulse generation cycles (see, for example, Patent Document 2).
本発明の目的は、高品質の加工を実現することのできるレーザ発振器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser oscillator capable of realizing high quality processing.
本発明の一観点によれば、両端にミラーが配置された光共振器と、前記光共振器内に閉じ込められる光の経路上に配置されたレーザ媒体、Qスイッチ、及び損失調整素子と、前記レーザ媒体を励起する励起光源とを有し、前記レーザ媒体は、前記励起光源によって励起されて、前記光共振器内を往復する光を誘導放出によって増幅し、前記Qスイッチは、前記光共振器のQ値を変化させ、前記損失調整素子は、前記光共振器内を往復する光の光強度の減衰量を変化させるレーザ発振器が提供される。 According to one aspect of the present invention, an optical resonator in which mirrors are disposed at both ends, a laser medium, a Q switch, and a loss adjustment element disposed on a light path confined in the optical resonator, An excitation light source for exciting a laser medium, wherein the laser medium is excited by the excitation light source to amplify light reciprocating in the optical resonator by stimulated emission, and the Q switch includes the optical resonator A laser oscillator is provided in which the loss adjustment element changes an attenuation amount of light intensity of light traveling back and forth in the optical resonator.
また、本発明の他の観点によると、両端にミラーが配置された光共振器と、前記光共振器内に閉じ込められる光の経路上に配置されたレーザ媒体及びQスイッチと、前記レーザ媒体を励起する励起光源とを有し、前記レーザ媒体は、前記励起光源によって励起されて、前記光共振器内を往復する光を誘導放出によって増幅し、前記Qスイッチは、音響光学素子、及び前記音響光学素子に入射する前記光の入射角を調整する入射角調整器を含むレーザ発振器が提供される。 According to another aspect of the present invention, an optical resonator having mirrors disposed at both ends, a laser medium and a Q switch disposed on a light path confined in the optical resonator, and the laser medium The laser medium is excited by the excitation light source and amplifies light reciprocating in the optical resonator by stimulated emission, the Q switch includes an acoustooptic device, and the acoustic light source. There is provided a laser oscillator including an incident angle adjuster that adjusts an incident angle of the light incident on an optical element.
更に、本発明の他の観点によると、両端にミラーが配置された光共振器と、前記光共振器内に閉じ込められる光の経路上に配置されたレーザ媒体及びQスイッチと、前記レーザ媒体を励起する励起光源と、前記Qスイッチへの電圧の印加及び無印加を制御する制御装置とを有し、前記レーザ媒体は、前記励起光源によって励起されて、前記光共振器内を往復する光を誘導放出によって増幅し、前記Qスイッチは、電気光学変調素子、及び、前記電気光学変調素子を出射した光が入射する、偏光状態に依存して前記光共振器のQ値を変化させる素子を含み、前記制御装置は、前記電気光学変調素子に、直線偏光の偏光方向を90°旋回させる電圧とは異なる電圧を印加するレーザ発振器が提供される。 Furthermore, according to another aspect of the present invention, an optical resonator having mirrors disposed at both ends, a laser medium and a Q switch disposed on a light path confined in the optical resonator, and the laser medium An excitation light source that excites and a control device that controls application and non-application of a voltage to the Q switch; and the laser medium is excited by the excitation light source to reciprocate light that reciprocates in the optical resonator. Amplifying by stimulated emission, the Q switch includes an electro-optic modulation element and an element that changes a Q value of the optical resonator depending on a polarization state on which light emitted from the electro-optic modulation element enters. The control device is provided with a laser oscillator that applies a voltage different from a voltage for rotating the polarization direction of linearly polarized light by 90 ° to the electro-optic modulation element.
本発明によれば、高品質の加工を実現することのできるレーザ発振器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser oscillator which can implement | achieve high quality processing can be provided.
図1は、第1の実施例によるレーザ発振器を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a laser oscillator according to a first embodiment.
第1の実施例によるレーザ発振器は、筐体17内部に対向配置され、光共振器の両端ミラーを構成するエンドミラー10、アウトプットカプラ15、光共振器内に閉じ込められる光の経路上に配置されたレーザ媒体11、Qスイッチ12、損失調整素子13、シャッタ14を含む。また、励起光源16、LDドライバ18、RFドライバ19、及びコントローラ20を含んで構成される。
The laser oscillator according to the first embodiment is disposed in the
エンドミラー10は、たとえば全反射ミラーであり、アウトプットカプラ15は、レーザ出力側に配置される出力ミラーである。アウトプットカプラ15は、たとえば96%の光を反射し、4%の光を透過する。
The
レーザ媒体11は、たとえばNd:YAGロッドであり、その中心軸は、エンドミラー10とアウトプットカプラ15とで構成される光学系の光軸(光共振器内に閉じ込められる光の光軸)と一致する。レーザ媒体11としては、Nd:YLFロッドやYVO4ロッド等を用いてもよい。
The
励起光源16は、たとえば半導体レーザ(Laser Diode; LD)を含んで構成される。半導体レーザ(LD)から出射したレーザビームは、励起効率を向上させるために、たとえば集光レンズにより集光されてレーザ媒体11に照射される。半導体レーザ(LD)に代えてフラッシュランプを用いることもできる。
The
LDドライバ18は、半導体レーザ(LD)の発光を制御する電気信号を生成し、励起光源16に送信する。
The
レーザ媒体11は、励起光源16からの励起光によって励起されて、光共振器内を往復する光を誘導放出によって増幅する。
The
Qスイッチ12は、たとえば音響光学素子を含んで構成され、光共振器のQ値を変化させる。
音響光学素子には、RFドライバ19で生成された高周波電気信号RFが印加される。電気信号RFが印加された音響光学素子内部には超音波が発生し、これが回折格子として作用して、入射光の一部を偏向して出射する。電気信号RFの印加によって光共振器のQ値が変化し、レーザ媒体11中にエネルギが蓄積される。電気信号RFの印加を解除すると、Qスイッチ12は開いて、アウトプットカプラ15側からQスイッチレーザビーム(Nd:YAGレーザの基本波 波長1064nm)が出射する。
Qスイッチレーザビームの出射の制御は、シャッタ14の開閉によって行うことができる。シャッタ14の開閉は、コントローラ20からの制御信号によって行われる。
The
A high-frequency electrical signal RF generated by the
Control of the emission of the Q-switched laser beam can be performed by opening and closing the
コントローラ20は、シャッタ14に制御信号を送信するほか、LDドライバ18及びRFドライバ19に制御信号を送り、励起光源16(半導体レーザ(LD))の発光、及び、Qスイッチ12(音響光学素子)におけるレーザ光の偏向を制御する。
The
第1の実施例によるレーザ発振器は、エンドミラー10とアウトプットカプラ15との間のビームの光路上に、たとえば複数の損失調整素子13が配置されている点に特徴を有する。
The laser oscillator according to the first embodiment is characterized in that, for example, a plurality of
損失調整素子13は、たとえば合成石英で形成された平行平面基板である。基板面(ビームの入出射面)に、必要に応じてARコート(Anti Reflection Coating)等の反射防止処理を施してもよい。1枚の損失調整素子13(ARコートを施した合成石英基板)で、たとえば透過光の光量(光強度)を約0.1%減衰させることができる。寄生発振を防止するため、損失調整素子13は、光共振器内を往復する光の光軸に対して(エンドミラー10とアウトプットカプラ15とで構成される光学系の光軸に対して)、基板面を垂直に配置されるのではなく、角度を数度ずらして斜めに配置される。また、損失調整素子13が斜めに配置されることにより生じる光軸のずれを矯正するため、ビームの光軸上にコンペンセイタを挿入する。
The
光共振器内部に損失調整素子13を挿入することで、光共振器の損失及び出射するレーザビームのパルス幅をコントロールすることができる。たとえば挿入する損失調整素子13の枚数によって光共振器の損失を制御し(光共振器内を往復する光の光強度の減衰量を変化させ)、パルス幅を調整する。
By inserting the
たとえば、経時によって、光共振器内部で発生するビームのパワー損失が増加した場合、損失調整素子13の挿入枚数を減じることで、光共振器内の損失を一定に保つ。こうすることで出射されるパルスレーザビームのパルス幅を一定に保ち、安定した、高品質の加工を実現することができる。
For example, when the power loss of the beam generated inside the optical resonator increases with time, the loss in the optical resonator is kept constant by reducing the number of inserted
なお、光共振器から出射されたレーザビームの光路上に、たとえばバリアブルアッテネータ等のビームパワー調整装置を配置し、レーザビームのパワーを一定に保つこともできる。 In addition, a beam power adjusting device such as a variable attenuator can be arranged on the optical path of the laser beam emitted from the optical resonator to keep the laser beam power constant.
第1の実施例においては、光共振器内を往復する光の光強度の減衰量を変化させる損失調整素子13として、ARコートを施した合成石英基板を用いたが、反射率可変のミラーを用いることもできる。反射率可変ミラーの入反射光の光路上に、エンドミラー10とアウトプットカプラ15を配置し、反射率可変ミラーを介して、エンドミラー10とアウトプットカプラ15とを両端ミラーとする光共振器を構成する。反射率可変のミラーを利用する場合は、コンペンセイタは不要である。
In the first embodiment, a synthetic quartz substrate coated with AR coating is used as the
図2は、第2の実施例によるレーザ発振器を示す概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a laser oscillator according to the second embodiment.
第2の実施例は、第1の実施例と異なり、損失調整素子を含まない。光共振器内のビーム強度の損失調整は、Qスイッチ12の構成を工夫することによって行う。
Unlike the first embodiment, the second embodiment does not include a loss adjustment element. The loss adjustment of the beam intensity in the optical resonator is performed by devising the configuration of the
第2の実施例におけるQスイッチ12は、音響光学素子12a及び入射角調整器12bを含む。入射角調整器12bは、音響光学素子12aの位置調整を行い、音響光学素子12aに対して入射するビームの入射角度(入射方向)を変化させることができる。
The
音響光学素子12aの光透過率が最大となるのは、音響光学素子12aに対するビームの入射角がブラッグ角と一致した場合であり、入射角度(入射方向)がその位置からずれると音響光学素子12aの光透過率は低くなる。したがって、入射角調整器12bで音響光学素子12aの入射ビームに対する位置を変化させ、ビームの入射角度をブラッグ角からずらすことで、損失を調整することができる。
The light transmittance of the
なお、入射角調整器12bを含まない構成を採用した場合であっても、音響光学素子12aに印加する高周波電気信号RFのパワーをコントロールすることによって同様の効果を奏することができる。
Even when a configuration that does not include the
図3は、第3の実施例によるレーザ発振器を示す概略図である。 FIG. 3 is a schematic view showing a laser oscillator according to the third embodiment.
第3の実施例は、Qスイッチ12が電気光学変調素子12c及びポーラライザ12dを含んで構成される点において、第2の実施例と異なる。
The third embodiment is different from the second embodiment in that the
ドライバ21は、コントローラ20からの制御信号を受けて電圧を電気光学変調素子12cに印加する。電気光学変調素子12cは、印加される電圧値に対応した角度だけ、入射光の偏光面を回転して出射する。
The
ポーラライザ12dは、ポーラライザ12dの光入射面に対するP偏光成分を透過し、S偏光成分を反射する。 The polarizer 12d transmits the P-polarized component with respect to the light incident surface of the polarizer 12d and reflects the S-polarized component.
従来、電気光学変調素子12cには、電気光学変調素子12cに入射したP波がS波として出射される電圧(直線偏光の偏光方向を90°旋回させる電圧)Vが印加されていた。 Conventionally, a voltage V (voltage that rotates the polarization direction of linearly polarized light by 90 °) V is applied to the electro-optic modulation element 12c as a P wave incident on the electro-optic modulation element 12c.
第3の実施例においては、コントローラ20は、ドライバ21を介して電気光学変調素子12cに、電圧Vとは異なる値の電圧(電圧Vからずれた値の電圧)V±ΔVを印加する制御を行う。
電気光学変調素子12cに電圧V±ΔVを印加することで、電気光学変調素子12cを出射する直線偏光(S波)の状態を劣化させる(電気光学変調素子12cを出射しポーラライザ12dに入射するビームを楕円偏光とする)ことができる。こうすることで共振器内のゲインを変化させ、損失を調整することができる。
第3の実施例においては、偏光状態に依存して光共振器のQ値を変化させる素子としてポーラライザを用いたが、たとえば偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。
In the third embodiment, the
By applying a voltage V ± ΔV to the electro-optic modulation element 12c, the state of linearly polarized light (S wave) emitted from the electro-optic modulation element 12c is deteriorated (a beam emitted from the electro-optic modulation element 12c and incident on the polarizer 12d). Can be elliptically polarized). By doing so, the gain in the resonator can be changed and the loss can be adjusted.
In the third embodiment, the polarizer is used as the element that changes the Q value of the optical resonator depending on the polarization state. However, for example, a polarization beam splitter can also be used.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 エンドミラー
11 レーザ媒体
12 Qスイッチ
12a 音響光学素子
12b 入射角調整器
12c 電気光学変調素子
12d ポーラライザ
13 損失調整素子
14 シャッタ
15 アウトプットカプラ
16 励起光源
17 筐体
18 LDドライバ
19 RFドライバ
20 コントローラ
21 ドライバ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光共振器内に閉じ込められる光の経路上に配置されたレーザ媒体、Qスイッチ、及び損失調整素子と、
前記レーザ媒体を励起する励起光源と
を有し、
前記レーザ媒体は、前記励起光源によって励起されて、前記光共振器内を往復する光を誘導放出によって増幅し、
前記Qスイッチは、前記光共振器のQ値を変化させ、
前記損失調整素子は、前記光共振器内を往復する光の光強度の減衰量を変化させるレーザ発振器。 An optical resonator with mirrors at both ends;
A laser medium, a Q switch, and a loss adjustment element disposed on a path of light confined in the optical resonator;
An excitation light source for exciting the laser medium,
The laser medium is excited by the excitation light source and amplifies the light reciprocating in the optical resonator by stimulated emission,
The Q switch changes a Q value of the optical resonator,
The loss adjustment element is a laser oscillator that changes an attenuation amount of light intensity of light reciprocating in the optical resonator.
前記光共振器内に閉じ込められる光の経路上に配置されたレーザ媒体及びQスイッチと、
前記レーザ媒体を励起する励起光源と
を有し、
前記レーザ媒体は、前記励起光源によって励起されて、前記光共振器内を往復する光を誘導放出によって増幅し、
前記Qスイッチは、音響光学素子、及び前記音響光学素子に入射する前記光の入射角を調整する入射角調整器を含むレーザ発振器。 An optical resonator with mirrors at both ends;
A laser medium and a Q switch disposed on a path of light confined in the optical resonator;
An excitation light source for exciting the laser medium,
The laser medium is excited by the excitation light source and amplifies the light reciprocating in the optical resonator by stimulated emission,
The Q switch is a laser oscillator including an acoustooptic device and an incident angle adjuster that adjusts an incident angle of the light incident on the acoustooptic device.
前記光共振器内に閉じ込められる光の経路上に配置されたレーザ媒体及びQスイッチと、
前記レーザ媒体を励起する励起光源と、
前記Qスイッチへの電圧の印加及び無印加を制御する制御装置と
を有し、
前記レーザ媒体は、前記励起光源によって励起されて、前記光共振器内を往復する光を誘導放出によって増幅し、
前記Qスイッチは、電気光学変調素子、及び、前記電気光学変調素子を出射した光が入射する、偏光状態に依存して前記光共振器のQ値を変化させる素子を含み、
前記制御装置は、前記電気光学変調素子に、直線偏光の偏光方向を90°旋回させる電圧とは異なる電圧を印加するレーザ発振器。 An optical resonator with mirrors at both ends;
A laser medium and a Q switch disposed on a path of light confined in the optical resonator;
An excitation light source for exciting the laser medium;
A control device for controlling application and non-application of voltage to the Q switch,
The laser medium is excited by the excitation light source and amplifies the light reciprocating in the optical resonator by stimulated emission,
The Q switch includes an electro-optic modulation element and an element that changes a Q value of the optical resonator depending on a polarization state on which light emitted from the electro-optic modulation element enters.
The control device is a laser oscillator that applies a voltage different from a voltage for rotating the polarization direction of linearly polarized light by 90 ° to the electro-optic modulation element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006337768A JP2008153323A (en) | 2006-12-15 | 2006-12-15 | Laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006337768A JP2008153323A (en) | 2006-12-15 | 2006-12-15 | Laser oscillator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008153323A true JP2008153323A (en) | 2008-07-03 |
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019106423A (en) * | 2017-12-11 | 2019-06-27 | 株式会社フジクラ | Fiber laser device |
CN109955591A (en) * | 2017-12-26 | 2019-07-02 | 富士施乐株式会社 | Control equipment, drying equipment, image forming apparatus and computer-readable medium |
-
2006
- 2006-12-15 JP JP2006337768A patent/JP2008153323A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109955591A (en) * | 2017-12-26 | 2019-07-02 | 富士施乐株式会社 | Control equipment, drying equipment, image forming apparatus and computer-readable medium |
CN109955591B (en) * | 2017-12-26 | 2022-04-22 | 富士胶片商业创新有限公司 | Control apparatus, drying apparatus, image forming apparatus, and computer readable medium |
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